西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8型号大全

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【摘 要】文章从我国水资源概况入手，详细阐述水电站自动化的作用、内容，进一步探讨水电站自动化技术的发展方向，水电站综合监控系统的构成、特点和功能及其在水资源开发利用过程中，水利枢纽工程建设中的应用。
【关键词】可编程序控制器（PLC）；智能I/0 ；综合监控系统；SOE 点；自动发电控制AGC；自动电压控制AVC

我国具有得天厚的水能资源，理论上全国蕴藏总量量为6.76 亿kW，技术可开发量为3.78 亿kW，年发电量19200亿kW.h，占世界总量的13.22%，居世界。据统计，2000年我国水电装机容量为7500 万kW，开发率仅为19.8%。与其它发达国家相比，我国水能资源开发利用水平还很低，水电站自动化程度还很落后。如何逐渐加大开发力度，利用好丰富的水能资源，对于我国的现代化建设和可持续发展战略的实施，具有十分重大的意义。

（一）水电站自动化概述

1.水电站自动化的作用
水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人（或少人）直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是水电站经济运行的技术手段。水电站自动化的作用主要表现在以下几个方面：
（1）提高工作的性：水电站实现自动化后，一方面可通过各种自动装置快速、准确、及时地进行检测、记录和报警，既可防止不正常工作状态发展成事故,又可使发生事故的设备免遭严重的损坏，从而提高了供电的性。另一方面，通过各种自动装置来完成水电站的各项操作和控制（如开停机操作和并列），不仅可以大大减少运行人员误操作的可能，从而也减少了发生事故的机会；而且还可大大加快操作或控制的过程，尤其在发生事故的紧急情况下，保系统的运行和对用户的正常供电，具有非常重大的意义。
（2）提高运行的经济性：水电站实现自动化后，可根据系统分配给电站的负荷和电站的具体条件，合理地进行调度，保持高水头运行，同时合理选择开机台数，使机组在率区运行，以获得较好的经济效益。如何实现各电站合理优调度，避免不必要的弃水，充分利用好水力资源，对于梯级电站来说尤为重要。此外，水电站通常是水力资源综合利用的一部分，要兼顾电力系统、航运、灌溉、防洪等多项要求，经济运行条件复杂，单凭人工控制很难实现，实现自动化以后，将有助于电站经济运行任务的实现。特别是对于具有调节能力的水电站，应用电子计算机不但可对水库来水进行预报计算，还可综合水位、流量、系统负荷和各机组参数等参量，按经济运行程序进行自动控制，大大提高运行的经济性。
（3）保证电能质量：我们知道，电压和频率作为衡量电能质量好坏两项基本指标。电压正常偏移不过额定值的±5%，频率正常偏移不过额定值的±0.2～0.5 HZ。电压或频率的的稳定主要取决于电力系统中无功功率和有功功率的平衡。因此要维持系统电压和频率在规定范围内，就而又准确地调节有关发电机组发出的有功和无功功率。特别是在发生事故的情况下，快速的调节或控制对恢复电能质量具有决定性的意义，而这个过程，单纯靠手动操作，无论在速度方面还是在精度方面都是难于实现的，只能借助于自动装置来完成。可见，提高水电站的自动化水平，是保证电力系统电能质量的重要措施之一。
（4）提高劳动生产率、改善劳动条件：水电站大多地处偏僻山区，远离城镇，职工长期生活在较差的环境之中。水电站实现自动化后，很多工作都是由各种自动装置按一定的程序自动完成，用计算机监控系统来代替人工操作及定时巡回检查、记录等繁杂劳动，大大改善运行人员的工作和生活环境，减轻了劳动强度，提高了运行管理水平。同时还可减少运行人员，实现无人值班（或少人值守），提高劳动生产率，降低运行费用和电能成本。

2.水电站自动化的内容
水电站自动化的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，水电站自动化包括以下几个方面：
（1）完成对水轮发电机组运行方式的自动控制：一方面，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分机组。
（2）完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视：如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时，而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。
（3）完成对辅助设备的自动控制：包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。
（4）完成对主要电气设备（如变压器、母线及输电线路等）的控制、监视和保护。
（5）完成对水工建筑物运行工况的控制和监视：如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护（指引水式电站）等。

（二）水电站自动化技术的发展
随着科学技术的高速发展，电子计算机在各个领域得到广泛应用，一种模块化的基于现场总线的水电站计算机监控系统出现，逐步取代了传统的以常规控制、人工操作为主的控制模式，大大提高水电站的自动化程度，实现水电站“无人值班，少人值守”。
1.系统构成：采用了计算机、可编程序控制器（PLC）或智能I/0、微机继电保护装置和智能测控装置，通过标准以太网、现场总线将主控机与各个现地控制站、智能装置等连接在一起，构成了按功能分工协作的分层分布式综合监控系统。
2.系统的主要特点：（1）开放式体系结构，层次分明，具有良好的扩展性。（2）分层分布式系统，可以根据监控对象、功能进行配置，具有很好的分散性、开放性和灵活性。（3）采用冗余配置，具有很高的性。（4）用中文bbbbbbs 操作系统和智能通信等技术，便于系统升级。（5）灵活的组态界面，人机接口能力强，界面友善，易于掌握，方便设计、调试和现场运行。
3.系统主要功能：（1）对电站设备实现自动监视与记录：计算机监控系统自动完成电站设备数据的采集、处理以及设备运行状况的自动监视与记录，包括开关量信息监视，模拟量信息监视，故障/事故报警、记录与显示，SOE 点记录与显示。（2）对电站实现自动控制：根据上级调度要求和电站自身的具体情况，对电站设备进行操作或调节，包括机组的自动开停和并列以及运行工况的自动转换、机组有功和无功负荷的自动调节、自动发电控制AGC、自动电压控制AVC、断路器操作等。（3）对发电机、主变、线路等主要设备及辅助设备进行保护与监控。（4）实现电站运行管理的自动化：实现运行报表的自动生成，运行操作的自动记录，电站设备参数或整定值的记录与保存，所有报表均可自动或召唤打印以及运行人员培训等。（5）系统通讯：实现与上级调度、水情测报系统、办公自动化网络等计算机系统之间通信，达到信息资源共享，充分发挥整个系统的综合效益。

（三）水电站自动化技术的应用
福建省漳州市诏安龙潭水利枢纽工程是福建省“十五”规划建设项目，总投资1.16 亿元，由我院进行勘测设计,电站总装机容量1.26 万kw，由两台6300kw 机组组成,水电站计算机监控系统采用长沙华能自控集团有限公司生产的MTC-3S 型微机综合自动化系统。

1.系统构成：由1 号工作站、2 号工作站、1＃机组LCU、2＃机组LCU、公用LCU 同期屏、机组保护期屏、主变线路保护屏、故障滤波系统屏和GPS（卫星时钟）等，通过标准以太网构成。系统图如下：

（四）结束语
总之，水电站采用综合自动化系统后不仅提高水电站运行的经济性和工作的性、保证电能质量；而且提高劳动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站运行的效益，例如利用计算机系统监控水库来水和中长期预报在内的优化运行，曲线绘制及科学调度，多发峰电等，每年可增加发电量2%左右；同时采用计算机监控电站各种参量及运行工况后，及时发现并排除事故隐患，事故后能及时处理事故，避免事故扩大，尽快恢复供电使系统事故率下降，处理事故时间减少，如此每年增加发电量1%左右；另外采用计算机监控在减少人员的同时也减少了相应的生活设备和工资支出，因而能产生的经济效益。可见，水电站综合自动化系统与水电站的生产、效益密切相关，随着国家能源结构的调整，水资源开发利用程度的加大，水电站综合自动化系统在越来越多的水利枢纽工程中得到广泛的应用，发挥大的作用。

该系统全自动控制，采用太阳能行业中热水工程控制系统，CPU可编程控制具体运行原理如下：

系统采用浮球在集热模块上部装有一个100L的保温水箱，用浮球控制（接自来水），当系统有水损失时进行。在系统两端接自动排气阀。

当温度传感器T1检测到管道温度设定值时（一般在3度）本系统设定在5度。启动防冻伴热带，防止管道冻裂。

当温度传感器T3到集热模块出水温度和温度传感器T2检测到集热模块回水口温度的差值大于设定值时（一般设定在5度）本系统设定在10度。启动循环水泵P1将集热模块内的高温热水打入地下盘管经行循环。

温度传感器T2检测到集热模块回水温度一般设定值为35度。可随意设定（0—99度）。温度传感器T2到集热模块出水温度一般设定值为46度。可随意设定（0—99度）。

位于地下40cm处的PEX盘管用于冬季对地下土壤换热，位于地下80cm处的PEX盘管用于夏季对地下土壤换热。

二、经济性分析

此系统初投资4.5万元，包括（集热模块、控制系统、管道、角铁、水泵、人工等）运行费用：水泵250W，流量：2.4T/h全年平均每天运行：4±2 h。平均每天运行费用为：0.25×4=1KWh。农业用电：0.42元/度。总电费为：1 KWh×0.42元/度=0.42元。平均每月的电费为0.42元×30天=12.6元/月。
太阳能地下蓄热和燃煤供热投资对比 表一

三、立太阳能蓄热系统与环境

（一）

1 、承载力

（ 1 ）立太阳能热水器对屋面的压力： 50 千克力 / 平方米。

（ 2 ）屋面承受力： 70-150 千克力 / 平方米。屋面能够承受太阳能集热模块压力。

2 、雷电保护

3 、太阳能热水集热模块设置在温室大棚北侧。按照规定太阳能集热模块支架与北侧墙面上避雷线连网。

4 、太阳能集热模块设置在大棚北侧面。按照规定在屋面上增加避雷装置。

（二）环境立太阳能供热系统节约用地（建在屋面）、不影响室内外环境、节省能源，采用该项技术符合全社会推行“建筑”的要求。

四、温室大棚地下蓄热太阳能工程的社会效益、经济效益

太阳能蓄热工程系统是清洁能源利用，上述工程二氧化碳的减排量为：

根据公式：Qco2=(△Qsave×n×Fco2×44)/(W×Eff×12)，则15年内二氧化碳的减排量 Qco2=227T

在可再生能源大量开发的同时，太阳能得到了广泛的运用。太阳能集热模块的生产销售逐年递增，现年销售量突破了七八百万台。太阳能能为创造多大的经济，取决于决策者的综合能力。
目前，我国太阳能热水器用户2000万户，而每年又20——30%的速度发展，从这组数字，可以看出未来太阳能取代常规能源是必然的发展之路。

五、政策支持

在国家大力发展可再生能源的今天，也同时给予了大量的优惠政策，鼓励可再生能源项目及配套设备的开发与应用。

1、2006年，国家**主任马凯在中宣部等六部委会议上讲：“将《节能产品目录》，实施节能产品强制性采购政策，特别优现企业相节能纳入采购目录。

2、如果选在郊区或农村，则可申请新农村建设。

六、结论和讨论

通过地下蓄积太阳热能的途径，温室内部的能量得以增加。新增热量还由此实现了动态平衡。验证了熊培桂等教授（3）发表的相关文章，相关的温度分析此处不做阐述。着重论述温室大棚地下蓄积太阳能工程控制和经济分析。

此工程采用太阳能热水工程控G制柜（北京英豪阳光太阳能工业有限公司生产的GZ—C型CPU控制系统（4），该系统具有温差循环、防冻循环、防冻伴热等功能，造价低、便于安装调试等特点。目前市场上广泛采用PLC编程控制（相对造价较高），此工程亦可采用PLC编程控制系统。
安装太阳能集热模块后，直接蓄积太阳热能到地下土壤，供蔬菜生长，既节能减排、有增加了蔬菜的经济收入。是已有生态农业发展的必然之路。

传统的模拟量控制系统主要采用电动组合仪表，常用的有DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型仪表。其特点是结构简单、价格，但体积大、功耗大、安装复杂、通用性和灵活性较差、控制精度和稳定性较差。另外，其控制运算功能简单，不能实现复杂的过程控制。随着电子技术的发展，新型的过程控制计算机不断涌现，较为流行的有工业控制计算机（IPC）、可编程调节器（PSC）、集散控制系统（DCS）。

   1. PLC与PSC

  可编程调节器（PSC）是在DDZ-Ⅲ型仪表的基础上，采用微处理器技术发展起来的四代仪表。它的强大功能、灵活性、性、控制精度、数字通讯能力是传统的电动组合仪表无法比拟的。PSC与PLC都是智能化的工业装置，各有特色。PLC以开关量控制为主，模拟量控制为辅；而PSC则以闭环模拟量控制为主，开关量控制为辅，并能进行显示、报警和手动操作。因此，在模拟量控制系统中采用PSC适合于各种过程控制的要求。而PLC的性、灵活性、强大的开关量控制能力和通讯联网能力，在模拟量控制上也富有特色。特别在开关量、模拟量混合控制系统中显示出其特的优越性。

  2. PLC与DCS

    集散控制系统（DCS）是1975年问世的，它的是3C（computer、communications、control）技术的产物，它将顺序控制装置、数据采集装置、过程控制的模拟量仪表、过程监控装置地结合在一起，产生了满足各种不同要求的DCS。而今天的PLC加强了模拟量控制功能，多数配备了各种智能模块，具有了PID调节功能和构成网络、组成分级控制的功能，也实现了DCS所能完成的功能。到目前为止，PLC与DCS的发展越来越近。就发展趋势来看，控制系统将综合PLC和DCS各自的优势，并把两者地结合起来，形成一种新型的全分布式计算机控制系统。

   3. PLC与IPC

工业控制计算机（IPC）是由通用微机的推广应用而发展起来的，其硬件结构和总线的标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，在要求实时性强、系统模型复杂的领域占有优势。而PLC的标准化程度较差，产品不能兼容，故开发较为困难。但PLC的梯形图编程很受不熟悉计算机的电气技术人员欢迎，同时PLC专为工业现场环境设计的，性非常高，被认为是不会损坏的设备，而IPC在性上还不够理想。

 一般查找故障步骤

在传统的化工生产中人为因素引起质量波动较大：计量控制凭经验“毛估估”所导致原料的消耗高、能耗量大、计量控制难。现代化的工控系统虽然能够解决常规物料的控制问题，但是对于涉及到腐蚀性、粘稠性、结垢性、有毒性的液体物料就无能为力。本案以浙江新安化工集团股份有限公司为例，详细介绍了液体称重配料DCS计算机控制系统的建设目标，设计思想，描述了系统架构及主要功能的分析。

引言
我们在与浙江新安化工集团股份有限公司的业务往来中，了解到二甲酯是生产农药草甘的主要原料，通常由、反应所生产，具有很强的腐蚀性，积垢性，而进厂时往往不干净，带有大量的纤维状杂质，对它们有效计量成为自动化控制系统成功的关健。曾今上海某大学曾为农药厂搞过一个自动化改造试验，用2路电磁流量计、2路电动执行器、分别构成、的计量、控制闭环系统。在调试过程中，该控制系统顺利运行了一个星期，各项指标符合用户要求，控制曲线反应良好。但一星期过后，、的计量、控制失灵，系统停止运行，为厂家带来36万元的损失，究其原因：1.的进料杂质多，40孔目的滤网屡屡被杂质堵塞，严重时一个班往往要清理数次。2.因三化强腐蚀，易积垢使流量计精度下降，导致无法满足生产要求。因此，液体计量常规设备―流量计，在测量如三化、等特殊液体时，将无法使用。
新安化工集团股份有限公司是大中型集团公司，公司主导产品草甘产量居亚洲。公司为了企业的长期发展，不惜投入巨资进行技术改造，使之成为一个现代化企业，要求本系统具有２２″以上彩显，板件、电源热备，板子能带电拔插和软件组态等功能。
草甘生产工艺
先加7.6立方,(30分钟),三乙胺1830公斤(开搅拌)加多聚1300公斤,升温到37-38度,保温30-40分钟保持液体为清为准,(解聚过程)加甘酸1525公斤,升温42度)需要一小时左右,待料透明后加二甲酯25000公斤, 升温52度,90分钟, 待料透明降温到30度以下,共需要5.30-6个小时,打到平衡槽3个,放到脱醇釜,加盐酸hcl3000公斤,控制温度在45度以下,10分钟,然后升温,1小时10度,升到120度,保温2小时,控制蒸汽压力6公斤,加水600公斤(母液),放到结晶釜,搅拌7加液碱300公斤,温度30-40度,放在吸虑槽,存放2小时,抽母液,再加水搅拌一小时,再抽,控制循环水、冷冻盐水和蒸汽气动阀，完成合成过程的升温和保温过程。

设计思想
草甘的合成是在作为溶剂，由液体物质二甲酯、三乙胺（催化剂），固体物质多聚甲醛、甘酸解聚反应生成。而二甲酯的原料通常是和。具有很强的腐蚀性，积垢性；而进厂时往往不干净，带有大量的纤维状杂质。由此可见对它们有效计量成为自动化控制系统成功的关健。DCS系统计算机的控制其实就是，完成液体的正确下料，完成固体的计量下料，完成合成过程的过程控制。液体称重计量和DCS计算机控制合二为一――液体称重配料DCS计算机控制系统思路由此产生
针对腐蚀性、粘稠性、结垢性、有毒性的液体，运用的液体称重减量法测量工艺，把传统的液体计量工艺加以改造并与DCS系统结合，使之能满足特殊液体的自动化计量与控制。
关键问题的解决办法
·由于三化是强腐蚀液体，计量槽如不固定，易成为企业的隐患，但常规的固定方法，又使系统计量精度下降，直至无法使用。利用自主设计的特殊机械结构固定，解决了这一对矛盾。
·计量槽的本身重量往往占液体满量程的80％左右，在信号放大时，我们设计了一种大范围调零放大电路，提高噪比。
·在工业现场，往往受诸如电磁干扰，振动等影响，使系统的计量精度下降，本系统除用“减量法”消去部分误差，还在软件、硬件做了大量提高信噪比的工作。

主要技术原理
液体减量法测量与控制工艺：
该工艺采用与被测量液体非直接接触的测量方式，用间断式且相对静态的重量法替代传统的连续动态的体积法进行流量计量，并将普通一次计量过程改变为二次计量过程：备料（增量计量）与卸料（减量计量）过程，大大提高了测量与控制的精度。采用特殊的积分分离PID控制算法进行控制，能现场的大部分干扰和零漂误差。因此，控制误差要小的多，可达到千分之几的精度，特别适合于的液体化工原材料的配料计量流程。
DCS计算机系统的硬件与软件原理
1.系统硬件包括将控制设备、通用设备和辅助外围设备按照总线拓扑结构，通过网络电缆和信号线连接。系统硬件结构图如下：

2．系统软件包括操作系统、组态软件、软件、现场控制站
、控制软件、通讯及接口软件、数据库等，在操作系统平台上，
组态软件按照实际生产工艺需要生成软件，完成实时的生产控
制任务。
DCS软件系统结构图如下：

液体称重配料DCS计算机控制系统性能指标
·系统的DCS计算机采用总线设计、结构合理、扩展、维护方便、系统完整；
·系统具有1∶1板件热备，带电拔插，软件功能功能；
·系统称重计量范围0.1－10t；
·系统控制计量精度≤5‰；
·系统外围模块齐全，信号隔离器、配电器及控制输出栅齐备，适应各种恶劣生产环境。
2、 实行的技术路线及方案
本方案用三只称重传感器替代转子流量计或电磁流量计等常规液体检测仪器来进行液体计量。
三只压力传感器，按120度方向均匀分布在计量槽支撑点上，用一只传感放大器，将三只传感器信号叠加放大到４－２0mA电流信号，通过屏蔽线传入DCS系统，并将计量槽的皮重通过调零电路预先去掉。
计量控制原理图 传感器分布示意图
计量系统（含计量槽，传感器，放大器，软接系统）安装完成后，先用25kg砝码若干只，（合计重量应在待测的量程一半以上），通过现场标定，确定标定系数，从而校正计量系统，使之精度控制在2‰以内。
备料前，先在微机上设好备料数，输出一开关量信号，打开备料泵，通过计算机实时监控判断，至控制值减余值为止，关闭备料泵，引入余值是为了防止冲料过量，对余值在不同设定值下标定，能使备料接近设定值。
备料完成后，然后慢慢打开气动执行器，每秒对计量槽进行检测，并将采样值在缓冲区保存，上次保存数据减去本次采样值，通过换算，得出本次实际流量，计算机将该流量信号与设定值进行比较，经PID公式计算输出一个控制信号，控制气动执行器的阀开度，通过不断修正，使液体流量输出保持在设定值左右，直至计量槽中物料减至下限，重新开始备料和流量控制，周而复始循环。减量法针对现场的重复性干扰及信号零漂、温漂等具有较强的误差能力，因而，常规计量器具受工业现场的限制，累积误差较大，而采用该工艺，一般累计误差可控制5‰以内，且稳定、。
在总结现有国内DCS控制系统技术成果基础上，遵循DCS系统软、硬件标准，确定以总线为基础，进行整体工艺设计和项目开发，并保证硬件与流行系统的兼容性和软件的通用性、可移植性。
目前进展及国内外同类产品比较
由浙江省科学技术情报研究所检索结论表明，目前国内、均没有关于“减量法”计量工艺运用于DCS系统液体测量与控制及综合生产管理系统的先例，该项目一项。
本项目产品与国内外传统产品的主要技术性能指标比较